Способ производства конструкционных легированных хромом сталей

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства стали. Цель - повышение сквозного извлечения хрома при остировании и снижении себестоимости стали. После плавления шихты в печи и доводки по температуре выпуск в ковш проводят без шлака, проводят присадку кремния в количестве на 0,1-0,75% выше верхнего марочного содержания и смеси извести , хромовой руды и. плавикового шпата при соотношении компонентов в пределах

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СК ИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4703371/02 (22) 12.06.89 (46) 15.11.91. Бюл, М 42 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина (72) Е.Ф..Мазуров, О.С.Бобкова, В.В.Барсегян, B.À.×åðíoB, А,B.Ãè÷êo, M.Ï.Ãóëÿåâ, А.Г.Афанасиади, Ю,И,Корченов и Н.Н,Кушнарев (53) 621.365.91(088,8) (56) Покровский В.А„Явойский В.Н. и др.

Производство легированной хромом стали с восстановлением его из оксида во время выпуска из печи. Сталь. 1969, М 11, с.989—

994.

Авторское свидетельство СССР

N. 755852, кл. С 21 С 5/52, 1980..(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ ХРОМОМ

СТАЛЕЙ

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и роиэводства стали.

Цель изобретения — повышение сквозного извлечения хрома при легировании и снижение себестоимости стали.

Сущность предполагаемого изобретения состоит в том, что присадка вмеси с соотношением извести, храмовой руды и плавикового шпата в пределах (0,951,5):1:(0,05 — 0,15) приводит к растворению высокотемпературных хромшпинелидных фаэ руды» (Mg, Fe)0:(Ñã, Al, Feg0a, с об- разованием хромитов кальция СаСгг04Са2СггОБ и в резул ьтате и ри садк и восстановителя и перемешивания распла„„ Ж„„1691399 А1 (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства стали.

Цель — повышение сквозного извлечения хрома при остировании и снижении себестоимости стали. После плавления шихты в печи и доводки по температуре выпуск в ковш проводят без шлака, проводят присадку кремния в количестве íà 0 1 — 0,75 выше верхнего марочного содержания и смеси извести, хромовой руды и плавикового шпата при соотношении компонентой в пределах (0,95 — 1,5);1:(0,05 — 0,15) в количестве 20-70 кг/т, при этом расплав перемешивают в течение

4 — 40 мин с момента выпуска. Перемешивание металла можно проводить при одновременном вакуумировании под давлением 1-4

Мбар. Смесь присаживак5т также порциями по мере их проплавления. Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение сквозного извлечения хрома до 8288% и снижение себестоимости на 1%. 2 з,п.ф-лы, 1 табл. вов создаются термодинамически и кинетически благоприятные условия для восстановления хрома. B результате обра фй:я шлак на основе CazSIO4, обладающий высокой сульфидной емкостью.

Эффективность перемешивания аргОном усиливается при понижении давленмя над металлом, десульфурации и восстановление хрома улучшаются.

В данном способе восстановитель— кремний присаживают вместе с хромоксидной легирующей смесью.

При этом для сдвига реакции (Сг20з) + (Sl) + 2(CaO) = 2(Сг) + (2СаО Sl(h) вправо

1691399

Расчет С> для шлаков после легирования по предложенному способу показывает, что С>.т-0,010.

Опытным путем установлено, что увеличение соотношения извести к хромовой ру- 35 де до (0,95-1,5);1 и добавка плавикового шпата для снижения вязкости расплава приводят к оптимальному соотношению извести, хромовой руды и плавикового. шпата

55 требуется большая, чем в известном способе, доля окиси кальция.

Отсюда и более высокая степень извлечения хрома в предлагаемом способе, Степень сквозного извлечения хрома при легировании повышается еще и потому, что смесь присеживают в металл, над которым нет "реликтового" шлака, и поэтому образующийся хромоизвестковый расплав определяется только составом смеси, который близок к эвтектическому. В образующемся расплаве отсутствуют реагенты нерасплавившегося шпинелида хромовй руды. Более низкая температура плавления расплава увеличивает. реакционную способность и усвоение хрома.

В завершении процесса силикотерми ческого восстановления хрома образуется шлак на основе двукальциевого силиката.

Поскольку процесс протекает в ковше, то участие в формировании шлака принимает. и футеровка ковша, Поэтому образуются шлаки системы СаО-SION-MgO — АЬОз.

Сульфидная емкость шлака системы

Ca0 — 5102 — MgO — А!20з для 1 600 С равна

IgCs = !9Св + g Pi Ni+5,146NCaO SIO>, C; = 28750 + 8 71 + г29180

Т, .(Т вЂ” 9,29) N CaO в пределах (0,95 — 1,5):1:(0,05 — 0,15) соответственно. Это повышает существенно степень усвоения хрома (ус ) и улучшает десульфурацию металла.

Эти соотношения позволяют успешно применять любые разновидности хромовых руд при разном содержании СаО в извести.

Основное восстановление произво, дится кремнием, эффективность процесса достигается присадкой, например, ферро силиция на 0,1 — 0,75% (Sij выше верхнего марочного предела. В процессе восстановления хрома из оксидного расплава это содержание кремния снижается до

0,17 — 0,37%. Экспериментально установленное отношение количества .кремнийсодержащего материала (с 45-75% Si) в (кг/т) и оксидно-фторидного легирующего расплава (кг/т) находятся в пределах (7—

17,5):(20 — 70). Верхний предел количества, 5

25 кремнийсодержащего расплава и легирующего оксидно-фторидного расплава определяется верхним пределом содержания хрома (1,3%) в большинстве конструкционных сталей, а также тем, что повышение количества легирующей смеси ухудшает- коэффициент усвоения хрома, а содержание кремния при этом повышается до значения выше марочного, т,е. более 0,37%. Нижний предел определен минимально необходимым уровнем легирования металла хромом (на 0,2%). Из максимального количества легирующей смеси и восстановителя 70 и

17,5 кг/т вытекает максимальный уровень легировайия хромом по предлагаемому способу: если far= 88; СггОз =47% (при 318 кг/т

Сг в 1 т хром. руды), соотношение количества хромовой руды и извести 1:1, а количество легирующей смеси 70 кг/т, то на 100 т плавке это дает прирост hf Cr) = 0,90%.

Обычно перед легированием в металле всегда имеется 0,0-0,4% Cr, следовательно, способ дает возможность без применения феррохрома производить сталь с содержанием хрома в ней до 1,3%, т.е, практически весь сортамент конструкционных легированных хромом сталей по ГОСТ

4543 †, С рос гом количества хромовой руды для легирования количество кремния (кг/т) несколько повышается, так как экспериментально установлено, что с увеличением массы оксидного расплава удельная энергия для его перемешивания уменьшается. Такое уменьшение приходится компенсировать увеличением удельных количеств кремния (кг/т), Поэтому при невысоком дополнительном легировании металла хромом количество кремнийсодержащего восстановителя желательно иметь 7 кг/т, а оксидной легирующей смеси 20 кг/т, напротив, при большом дополнительном легировании хромом соответственно 17,5 и 70 кг/т.

Но в том и в другом случае, как экспериментально установлено, содержание кремния в стали находится в пределах марочного.

Температура плавления одно- и многокомпонентных оксидных систем с оксидами переходных металлов сильно зависит от ва- . лентности катиона и от парциального давле-! ния кислорода над системой.

Так для двухкомпонентной системы

СаО.— СггОз температура плавления эвтектики в окислительных условиях равна 1022 С, а в нейтральных 1930 С.

Поэтому начинать восстановление надо из наиболее легкоплавкого расплава, а следовательно, при наиболее высоком парци1691399

20

55 альном давлении кислорода, т.е. в атмосфере воздуха, При восстановлении хрома и снижении концентрации Сг20з в шлаке и обраэованиивсе большей доли компонентов системы

СаΠ— SiOz работа перемешивания металла и шлака аргоном (через пробку или фурму) для полного восстановления хрома является недостаточнойой.

Для повышения интенсивности перемешивания расплава аргоном и увеличения за этот счет скорости довосстановления хрома и последующей десульфурации металла образующимися шлаками на основе двукальциевого силиката 2СаО Я!02 давление над расплавом снижают до 4 — 1 Мбар.

Для усиления эффективности восстановления хрома и десульфурации металла

его перемешивают аргоном от 4 до 40 мин.

Минимальное время перемешивания определяется периодом выпуска металла из дуговой печи, которое составляет 3-4 мин. В это время перемешивание осуществляется энергией вытекающей струи (аргоном можно не продувать).

Продувка аргоном осуществляется в течение всего времени, кроме периода выпуска металла в ковш.

Минимальное время вакуумирования определяется достижением степени усвоения хрома из хромовой руды не ниже 80, что осуществляется в течение 10 мин.вакуумирования. Максимальное время вакуумирования определяется достижением степени усвоения хрома 88, которая при дальнейшем увеличении времени практически не растет. Экспериментально установлено, что это время составляет 15 мин, Общее время перемешивэния составляет 4 — 40 мин, из них 4 — 5 мин осуществляется энергией вытекающей струи металла. В ковше после выпуска и во время подогрева перемешивают аргоном в течение от 7 мин (пример 1) до 26 мин (пример 2). При вакуумировании перемешивают аргоном в тече- .4 ние 10 — 15 мин (примеры 1,2,3).

При осуществлении процесса рнепечной обработки с включением установки

"печь-ковш", все операции делаются в сталеразливочном ковше. Если корш с метал- 5 лом перемещают на стенд установки для подогрева, то металл по прежнему остается в этом же ковше, но на него опускают крышку с электродами, В этом случае применяют термин — "печь-ковш", Вакуумирование делается либо отдельно на этой же установке, либо на специальных установках типа "VAD".

Процесс силикотермического восстановления является сильно зкзотермическим и сопровождается большим выделением тепла и высокой скоростью повышения температуры, что грозит при большом относительном количестве легирующей смеси выбросами из ковша металла 1 шлака, особенно в начальной стадии процесса. Поэтому последовательная присадка смеси, отдельными-порциями по мере их проплавления, позволяет регулировать течение процесса и уменьшить теплопотери.

Пример 1. В дуговой 100 т печи расплавляют железоуглеродистый полупродукт, при температуре 1650 С его выпускают в- течение 4 мин без шлака в ковш, давление атмосферное 1000 Мбар.

Одновременно с выпуском в металл присаживают 700 кг ферросилиция, например "ФС65", из расчета на 0,47% (Si) и 2000 кг смеси из извести, хромовой руды и плавикового шпата с соотношением компонентов 0,95:1:0,05 соответственно.

После завершения выпуска металл в ковше перемешивают аргоном с расходом

0,5 м /т (смеси) мин и ковш с металлом передают на "печь-ковш", где в металл вводят

200 кг алюминия и продолжают перемешивание при 1000 Мбар под шлаком на основе

CazSi04 в течение 15 мин. Перед разливкой металл вакуумируют в течение 15 мин при остаточном давлении 1 Мъ с расходом аргона 0,01 м (смеси мин), Пример 2, Расплавленный в )00 т электропечи полупродукт с содержанием

0,17 (С) при 1650 С выпускают в ковш без шлака, куда вводят 1750 кг ферросилиция

"ФС65" для получения в металле 1,14% кремния и 7000 кг оксидно-фторидной легирующей смеси с соотношением компонентов: извести, хромовой руды и плавикового шпата 1,5:1:0,15 соответственно. После завершения 4-минутного выпуска и перемешивания расплава вытекающим металлом его перемешивают под образующимся шлаком CazSi04 в течение 10 мин при давлении

1000 l6ap аргоном, затем помещают на стенд "печи-ковша" и подогревают с перемешиванием аргоном 16 мин и затем вакуумируют при остаточном давлении 1 Мбар в течение 10 мин. После обработки сталь разливают.

Пример 3. Полупродукт из 100 т печи выпускают в ковш при 1680 С. В течение первой 0,5 мин выпуска в металл присаживают ферросилиций в количестве 880 кг для получения 0,57% кремния в металле и первую порцию смеси в количестве 3000 кг с соотношением компонентов извести, хромовой, руды и плавикового шпата 1,0:1:0,1.

Затем в течение последующих 1 — 2 мин присаживают вторую порцию в количестве 1500

1691399 кг. После окончания перемешивания металлического и оксидного расплавов в ковше вытекающей струей металла в течение 4 мин

его перемешивают.еще 25 минут аргоном сначала при атмосферном давлении в ков- 5 ще, затем на стенде "печь-ковш", а после этого еще 10 мин при остаточном давлении

4.-1 Мбар в вакуумной камере,предварительНо раскислив металлалюминием в количестве 1,50 кг/т, 10

Пример 4 (известный), Полупродукт

Массой 100 т долегировали хромом из оксидной смеси: извести 1900 кг и хромовой руды 2100 кг, присаживали на поверхность находящегося под металлом печного шлака 15 при остаточном давлении 5 мм Hg (6,65

Мбар), затем 300 кг ферросилиция, 200 кг алюминия.

Пример ы 5 и 6. Осуществляют по редлагаемому способу, однако отличаются 20 жимными параметрами (см. таблицу).

Выплавка стали по предлагаемому способу позволяет повысить степень усвоения рома до 82 — 88%, Кроме того, повышается степень рафинирования металла от серы: 25 конечное содержание серы в металле, пол ученном по данному способу. равно 0,0120,015 7ь.

Повышение степени рафинирования от

6еры позволяет улучшить качество металла 30 снизить отбраковку его по химсоставу и оверхностным дефектам.

Увеличение степени восстановления хрома позволяет снизить себестоимость стали на 1 за счет сокращения расхода хромсодержащего сырья.

Формула изобретения

1. Способ производства конструкционных легированных хромом сталей, включающий плавление шихты в дуговой печи с отводкой металла по температуре, выпуск в ковш, перемешивание аргоном, присадку смеси извести и хромовой руды, а также кремнийсодержащих материалов, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения сквоЗного извлечения хрома при легировании и снижения себестоимости стали, металл в ковш выпускают без шлака, кремний вводят в количестве на 0,1-0,75 выше верхнего марочного содержания, а смесь с дополнительным введением плавикового шпата при соотношении извести, хромовой руды и плавикового шпата в пределах(0,951,5):1:(0,05 — 0,15) s количестве 20 — 70 кг/т, при этом расплав перемешивают в течение

4 — 40 мин с момента выпуска.

2. Способ поп.1,отл ича ю щийся тем; что перемешивание металла аргоном производят при одновременном вакуумировании под давлением 1 — 4 Мбар, 3. Способ по пп.1 и 2. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что смесь присаживают порциями по мере их проплавления, 1691399

1 4!

ООО-1 85

Известь>хромовая руда:плавиковьа! ипат

0,95п!- 0:0>05:><

Известь:хромовая руда:плавиковмй плат

1 ° 5:1,О:0,15

Известь|хромовая рудаьплавиковый ипат

1,0:1,0:0,1

Известь: хромовая руда

O,89: 1у0

Кремний

700/0, 46

2 40

Кремний

1750/1,14

1000-! 60

0,015

7000 0 70

1000-1 88

3 39

3000 0,43

0,012

&80/0,62

1 133-6,65 50 4000 0,35

0,022

4 50

Кремний

300/О, 18

Алвииний

Кремний

500/0,37

0,0!8

2000 0>28

10001 61

5 20

Иэвестьпхромовая руда:плавиковь>й плат

0,95:1,О:0 ° O!

Иэвестьпхрэмовая рудаьлпавиковьа! п>лат

1> 6: 1>O 0>03

1 1000"1 60

0,0!7

7000 О, 52

1360/1, 14

6 30

Составитель Н.Попов

Редактор М.Недолуженко . Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор О.Ципле

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3907 Тираж, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. ° 4/5